[发明专利]一种基于腔QED的量子隐写协议

摘要

量子隐写的目标在于通过量子隐藏信道实现秘密消息的隐秘通信。量子隐写在许多方面有着重要的应用，如隐秘通信、量子身份认证等。本发明提出一种基于腔QED(quantum electrodynamics)的量子隐写协议。本发明的量子隐写协议不受腔泄露和热腔场的影响。秘密消息通过在腔QED中一个GHZ态和一个Bell态之间的纠缠交换和Hadamard操作实现隐秘传送。本发明的量子隐写协议解码2比特秘密消息时只需要进行局部单独测量。而且，隐藏信道的容量可以增加到4比特。

主权项

一种基于腔QED(quantum electrodynamics)的量子隐写协议，秘密消息通过在腔QED中一个GHZ态和一个Bell态之间的纠缠交换和Hadamard操作实现隐秘传送，包括以下六个过程：S1)分别产生大量(n)的|S‑>ABC和|ψ‑>DE作为原子A、B、C和原子D、E的初始状态；GA、GB、GC、GD、GE分别代表A、B、C、D、E的原子序列，因此，GA＝[A1，A2，…，An]，GB＝[B1，B2，…，Bn]，GC＝[C1，C2，…，Cn]，GD＝[D1，D2，…，Dn]，GE＝[E1，E2，…，En]；原子A、D属于Alice，原子B、C、E属于Bob，那么，Alice保存GA、GD，Bob保存GB、GC、GE；S2)信息传送模块：(a)根据信息比特序列，Alice分别对GA和GD施加酉操作(在对GA和GD的原子施加酉操作后，GA转化为G′A，GD转化为G′D；为了保持一致，尽管GB、GC和GE的原子没有被施加酉操作，仍然分别用G′B、G′C、G′E来代表原始的GB、GC、GE；也就是G′B与GB一样，G′C与GC一样，G′E与GE一样；)；(b)Alice根据秘密消息从G′D选择出两个原子D′m、D′m+1，然后进入秘密消息隐藏模块；(c)Alice通过量子信道将G′A和G′D传送回Bob；(d)在收到G′D和得到m的值后，Bob通过对D′mE′m进行Bell基测量解码出它们所携带的信息；S3)秘密消息隐藏模块：(a)根据秘密消息，Alice从G′D选择出两个原子D′m、D′m+1，其中下标m代表原子D′m在G′D中的位置；m的值必须满足一致性条件，也就是意味着A′mB′mC′m的初始GHZ态和D′mE′m的初始Bell态必须与秘密消息保持编码对应的一致性(在通过执行IBF或经典信道的一次一密将m 传送给Bob之前，一个合适的m可以事先被Alice确定；)；(b)通过事先对Dm+1施加同样的酉操作，D′mE′m所携带的信息可以被D′m+1E′m+1复制，也就是，D′m+1E′m+1不正常传送信息，而只是作为一个辅助的Bell态以协助隐藏秘密消息；S4)Bob同时将原子A′m、D′m+1送入一个单模腔；在经典场的驱动下，原子A′m、D′m+1同时与单模腔相互作用；Bob选择作用时间和拉比频率满足λt＝π/4和Ωt＝π；S5)Bob同时将原子B′m、E′m+1送入另一个单模腔；在经典场的驱动下，原子B′m、E′m+1同时与单模腔相互作用；Bob选择作用时间和拉比频率满足λt＝π/4和Ωt＝π；S6)秘密消息解码模块：(a)Bob对原子C′m施加Hadamard操作；(b)当它们飞出腔后，Bob以Z基{|e>，|g>}分别测量原子A′m、D′m+1的状态；(c)当它们飞出腔后，Bob以Z基{|e>，|g>}分别测量原子B′m、E′m+1的状态；(d)Bob以Z基{|e>，|g>}测量原子C′m的状态；(e)根据自己关于原子A′m、D′m+1，原子B′m、E′m+1和原子C′m的测量结果，Bob可以解码出Alice传送的秘密消息；然后，根据秘密消息和D′mE′m的状态，A′mB′mC′m携带的信息可以被恢复出来。